JPS6044540B2 - 直流作動式電磁弁 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、直流作動式電磁弁に係り、特に所定ストロー
ク範囲内において、可動鉄芯に作用する。

水平方向吸引力を電流値に対してほぼ一定となる如く構
成して、流路切換えはもとより流量制御を直接または主
弁を圧力制御することによつて間接的に流量制御をも行
なわせ得る直流作動式電磁弁に関するものである。（従
来の技術） 通常電磁弁は遠隔操作が容易である為広く用いられてい
るのであるが、従来の電磁弁は弁体にスプリングなど押
圧体を附設して常時（非通電時）は閉弁（例えばオール
ポートブロック）又は開弁（例えばタンデムセンター）
状態を維持させると共に、この弁体を可動鉄芯に連動し
、作動時は、この可動鉄芯の周囲に位置する電磁コイル
ヘの通電により可動鉄芯を吸引して、固定鉄芯側に移動
させ、この可動鉄芯に連結した弁体により流路の開閉（
切換え）を行なわせるべく構成しているが、この種電磁
弁によればオン−オフ動作しカルないのが通常である。

即ち電磁コイルに通電した場合、可動鉄芯は必らずその
移動限界点（弁体の全開位時）にまで移動し、オン−オ
フ動作をするけれども、例えばその移動途中停止して所
望弁開度により流量制御を行なわせるようなことができ
なかつた。即ち、従来の電磁弁における電磁石の吸引力
特性は、固定鉄芯に対して可動鉄芯が近づけばほぼその
距離の２乗に反比例して増大する特性をもつものであつ
た。

しかもこの吸引力は弁体に設けたスプリングカよりも常
に強くするようにして使用されていた。従つて電磁石に
所定の定格電流を通電すれば、常にスプリングカよりも
強い吸引力の作用により可動鉄芯は移動限界点即ち弁体
の全開位置までスプリングに抗して瞬間的に移動するこ
とになるのである。そこで、本出願人は先に電磁弁にお
ける電磁石の吸引カースプールのストローク特性を、あ
る電流値の電流を通電して可動鉄芯を固定鉄芯に吸引す
る時、この可動鉄芯が固定鉄芯に近づいたある位置から
所定ストローク範囲内である電流値に対しては水平方向
にほぼ一定になる様に構成し、この電流値に対しこの吸
引力とスプリングカなど押圧力とが所定の一箇所でバラ
ンスし、他の電流値では他の個所でバランスすべくした
ことにより、このバランス位置で前記移動を停止し、ス
プールの弁開度を可変とし流量制御できるようにしたの
である。

更らに換言すれば電流値の増減によりスプールのストロ
ークがスプリングカなど押圧力に対抗して電流値に対し
比例的に動作し、比例的に弁開度を制御する様にした発
明を提案した（特開昭４９−２６８２８号）。（発明が
解決しようとする問題点） しかし、上記発明において開示された、所定ストローク
範囲内において可動鉄芯に作用する水平方向吸引力を、
電磁コイルに通電する電流値に対応してそれぞれほぼ一
定となる如くする具体的解決手段は何ら記載なく、スト
ローク０近くまたはストロークの大なる位置では、極端
に１左上りョまたは１右下リョの曲線となり、このため
ストロークと吸引力との特性が、電磁コイルに通電する
電流値に対応してそれぞれほぼ一定とならない欠点があ
つた。

そこで、本発明は斯かる点に鑑みてなされたもので、そ
の目的とするところは、上記の如く電磁コイルのストロ
ーク特性を、可動鉄芯が固定鉄芯に近づいたある位置か
ら所定ストローク範囲内で、ある電流値に対しては水平
方向にほぼ一定になる如くするために、固定鉄芯の先端
を外周から内周に向つて先細り状としたテーパー部先端
と基部との半径方向のそれぞれの厚さの比と、テーパー
部軸方向の長さと固定鉄芯の凹所の軸方向の深さとの比
および固定鉄芯の凹所の内側直径と固定鉄芯の外径との
比を最適範囲に特定することにより、前記所定ストロー
ク範囲内で、ある電流値に対しては水平方向にほぼ一定
になる如き特性を得るようにすることにある。

（問題点を解決するための手段） 上記の目的に達成するために、本発明は直流作動式電磁
弁において、固定鉄芯の先端を外周から内周に向つて先
細り状のテーパー部に形成し、該テーパー部先端の半径
方向厚さｗとテーパー部基部の半径方向厚さとの比Ｗと
の比冫０−０．２とし、テーパー部軸方向の長さ１と凹
所の軸方向の深さＬとの比Ｌを０．６〜１．０とすると
ともに、固定鉄芯の凹所の内側直径Ｄ１と固定鉄芯の外
径Ｄ２との比臣を０．７５〜０．８５と具体的に最適範
囲に特定するものである。

（作 用） 本発明は叙上の構成により、所定ストローク範囲におい
て、可動鉄芯に作用する水平方向吸引力を電磁コイルに
通電する電流値に対応してそれぞれほぼ一定となる如く
して、該吸引力と前記油圧など押圧力とが所定の位置で
釣合うべくなし、流路切換えはもとより流量制御をも行
なわせるものである。

（実施例） 以下本発明電磁弁の一実施例の態様を第１図に基づいて
詳述する。

図中１は弁ケーシングであつて該ケーシング１の弁室１
ａ内にはスプール２が・摺動自在に内装されると共に、
この弁室１ａに開口する流入路Ｐと流出路Ａ，Ｂと排出
路Ｔとをこのスプール２の移動により適宜切換える様に
構成されている。この流入路Ｐは流体圧力源に連通し、
流出路Ａ，Ｂは負荷側、例えばシリンダーの；接続口に
連通、排出路Ｔはタンクに連通している。而して以上の
如くケーシング１内の弁室１ａに内装されるスプール２
の両背面側にそれぞれ背圧室３，３を形成し、該背圧室
３，３にそれぞれスノプリング受け４ａ，４ａを介して
スプリング４，４を附設して該弁スプール２を常時は中
立位置に維持すべく構成し、このスプール２をその両側
に対称的に位置する可動鉄芯５，５にロッド６，６を介
して連接し、該可動鉄芯５，５の外周に電磁評運する。

日ヨ午；仝士寸＝Ｒ′→茶０）４いω台さＫＬデ円未千
十餅０）百Ｄ桁凶生寸＝５実験例より下記の如くするこ
とか好ましい。

すなわちここでｗ：固定鉄芯８のテーパー部１８先端の
半径方向の鉄芯厚さ Ｗ：固定鉄芯８のテーパ
ー部１８基部の 半径方向の鉄芯厚さ １：固定鉄芯８のテーパー部１８の軸方 向の
鉄芯長さ Ｌ：固定鉄芯８の凹所９の軸方向の深さＤ１：固定鉄
芯８の凹所９の内側直径 Ｄ２：固定鉄芯８の外径 である。

上記数値限定が好ましい結果が得られる理由は、下記実
験例の説明から明らかとなる。第３図および第４図に示
すものは、冷＝０．８，？＝０．１としたとき、亡を０
．２〜１．４まで変化させたときのストロークと吸引力
との特性である。

これらの図から明らかな如蝋＝０．８，Ｎ＝０．１で１
／Ｌが０．６〜１．０ものはほぼ水平方向の吸引力（吸
引カー定）の特性が得られ、０．６未満および１．０を
越えるものは水平な吸引力特性が得られない。

また第５図は漆＝０．８およびＦ＝０．８のとき、？を
０〜０．５まで変化させたときのストロークと吸引力と
の特性であるが、この図から明らかな如く、臣＝０．８
，壱＝０．８で？＝Ｏ−０．２のものは水平な吸引力特
性が得られるが、０．２を越えるものは水平吸引力特性
が得られない。

さらに第６図は、Ｌ＝０．８および？＝０．１のとな如
く、Ｆ＝０．８、券＝０．１で臣＝０．７５〜０．８５
のものは水平な吸引力特性が得られるが、０．７５未満
および０．８５を越えるものは水平な吸引力特性が得ら
れない。

−異 以上第３図乃至第６図の特性図かＬ２Ｗ＝０〜０．２，
青＝０．６〜１．０，臣＝０．７５〜０．８５のときに
水平吸引力特性が得られる。

また水平吸引力を得る範囲であるストロークＨは、前記
固定鉄芯８における凹所９の深さＬより非透磁性体１７
の厚さＨ″だけ小くなつており、非透磁性体１７がない
ときは可動鉄芯５がこのＨ゛分だけさらに固定鉄芯８に
接近して、吸引力が急激に増大して残留吸引力が大とな
るのを防止するために設けたものてある。

また、第７図は、第３図および第４図におけるＦ＝０．
８，？＝０１，臣＝０．８の場合において、電磁コイル
７の電流値１を種々変化（イ）．１〜０．８Ａ）させた
ときの吸引カーストローク特性を示し、一方斜の直線１
９は、スプリングカーストロークの特性を示し、両者特
性線の各交点２０は、各ストロークにおいて吸引力とス
プリングカとが釣合つた位置を示す。

これにより、各交点２０に相当するストローク位置で、
各位置に相当するスプリングカに応じた流量が得られる
ことを示している。

これをさらに説明すると、電流値１の変化に応じて図の
如く各吸引カーストローク曲線が得られる。

一方スプリング４力と前記吸引力との釣合いは、つぎの
如くなる。スプール２の変位位置により流出路Ａまたは
Ｂとの間に形成される開口面積（弁開度）が変わるので
、流出する流量が変化する。即ちスプール２が中立位置
から左へ変位するに従つて弁開度大となつてスプリング
カ大となるので、直線１９は左傾した直線となり図示の
直線が得られる。而してこの二つの線の各交点２０が釣
合い位置であり、この位置に相当する流量が得られるの
である。いいかえるとコイル電流値を大とするにつれて
、可動鉄芯５が固定鉄芯８の凹所９内へ入り込んでおり
、これに連動するスプール２は左へストロークし、流出
路Ａとの間に形成される弁開度が大となつて流量が大と
なる。以上の如く本発明電磁弁は、単にコイル電流値を
制御するのみで、流量制御できることを第７図が示して
いる。而して、本発明とさらに詳述すると、第１図に示
した状態は、左右何れの電磁コイル７にも通電しない非
通電時の状態で、この時には二つのスプリング４，４に
よりスプール２は中立位置にあり、流出路Ａ，Ｂは何れ
も閉鎖状態にある。

斯くして、この状態から一方側の電磁コイル７へある電
流値を通電すると、該電磁コイル７は励磁されて可動鉄
芯５を固定鉄芯８側へ吸引移動させると共に、これに伴
つてスプール２が移動し、流入路Ｐを流出路Ａに、又排
出路Ｔを流出路Ｂに連通せしめるべく切換えるのである
が、前記可動鉄芯５を移動させる吸引力は、固定鉄芯８
の凹所９内においてほぼ一定であるので、通電する電流
値に対応してある位置でスプリング４力とバランスし、
このバランス位置でその移動は停止するとになる。即ち
一般に機械的なり（吸引力）とストロークは電磁石に貯
えられるエネルギーを消費して得られるものであつて、
発生する力の大きさはストロークに対して磁力線の数の
変化が多い部分では大きくなる。

従つて可動鉄芯５の直角端面５ａが固定鉄芯８の凹所９
における環状内壁８ｂに進入するまでは、僅かなストロ
ークの変化でも磁力線の数の変化は著るしく、発生する
力は大きいのであるが、可動鉄芯５が固定鉄芯８の凹所
９に進入し）た後には固定鉄芯８の先端部外周を先細り
状のテーパー部１８に形成したので、従来装置の如く先
細り状のテーパー部１８を有しないものは、可動鉄芯５
が固定鉄芯８に近づくに従つてますます磁力線の数は急
増し吸引力は急激に増大するもので；あるが、上記の如
くしたため磁力線の数は可動鉄芯５の進入に従つてほぼ
一定割合で増加して行くので、その吸引力はほぼ一定と
なるのである。しかして磁力線の増加量に変化がなくな
れば可動鉄芯５が固定鉄芯８側に移動しても吸引力はほ
ぼ一ノ定であり、スプール２背後のスプリングカと釣合
つてそれ以上移動しないことになるのである。即ち電流
値をパラメーターとした吸引力とストロークとの関係が
第７図に示した如くなり、可動鉄芯５が所定以上ストロ
ークして固定鉄芯８の凹所９内に進入すれば、それ以上
固定鉄芯８側に近ついても吸引力はそれ以上大きくなら
す水平吸引力特性となるのである。更らに詳記すると、
一般に吸引力Ｆは、 で表わされるもので、パーミアンスＰ。

は、（但しｐは透磁率、Ｄ１は固定鉄芯８の凹所９内に
おける内側直径、Ｘはストローク量、δは凹所９の環状
内壁（８ｂ）の内面と可動鉄芯５の外径との間隔である
。）であり、又アンペアターンＵは電磁コイルの巻回数
をＮとすれば、であり前記した如く固定鉄芯のテーパー
部１８先端の半径方向の厚さｗとテーパー部１８基部の
半径方向の厚さＷとの比？を０〜０．２とし、テーパー
部１８軸方向の長さＩと凹所９の軸方向の深さＬとの比
Ｙを０．６〜１．０とし、さらに、固定鉄芯８の凹所９
の内側直径Ｄ１と外側直径Ｄ２との比臣を０．７５〜０
．８５としパーミアンスＰ。

の変化をストローク量に対して無関係としたから、？？
く一定値ｋとなり、結局１乃至３式から となり、可動鉄芯５が凹所９内に進入すれば、吸引力Ｆ
は４式より明らかな如くストローク量ｘとは無関係とな
り、電流値１のみの変化により可変となるのである。

即ち固定鉄芯８の形状を上記の寸法に構成すれば、電流
値１を変化させない限りその吸引力はほぼ一定となるの
である。斯くてこの電流値１を変えることによりこの水
平吸引力は任意に得られるので、所定の電流値１を選択
することにより所定のストローク位置で前記吸引力に応
じて変化する流入路Ｐと流出路ＡまたはＢとの開口面積
の変化により形成されるスプリング４力とが釣り合うこ
とになるので、可動鉄芯５はこのバランスした位置で停
止することになる。

而してこの停止によつてスプール２もその移動途中で停
止するから、該スプール２による流出路ＡまたはＢの弁
開度は規制され、流量制御が行なわれるのである。又可
動鉄芯５の直角端面５ａが固定鉄芯８の垂直な垂直面８
ａに接近すれば、軸方向にも磁力線が通ることになり吸
引力が急激に立上るようになるが、可動鉄芯５がこれ以
上固定鉄芯８に接近し”ないようにしており、吸引力の
急激な立上り部を使用しないようにストロークを制限し
ている。

之により電磁弁の主たる目的である流体の方向制御に関
する一般的方向切換機能の他に、電流値に対する比例的
な流量制御機能例えばスピードコントロール、インチン
グ操作をもたせ、更に流体が切換えられる際のショック
をなくし、しかも前記機能を遠隔操作で得られる。尚以
上説明した実施例では吸引力に対抗する押圧力としてス
プリング４を用いたが、第８図に示す如くスプリング以
外としてスプール２の両背面側に対称的に背圧室３，３
を形成し、該背圧室３，３と流出路Ａ，Ｂとを流路を介
してそれぞれ連通し、スプール２作動時流入路Ｐを何れ
か一方の流出路Ａ又はＢへ連通する如く成し、該流出路
Ａ又はＢへ流れる流体を前記背圧室３，３へ取入れて該
押圧力と吸引力を対抗させてもよい。

この場合前記流体圧力と前記吸引力とは吸引力に応じて
変化する流入路Ｐと流出路Ａ又はＢとの開口面積の変化
により形成される減圧圧力により釣合う如くなる。斯か
る減圧圧力を例えば流量方向制御弁２５などの主弁のス
プール端部に作用させ、該圧力とスプール端部に設置し
たスプリング２６，２６力とを対抗させればスプールは
平衡した位置で停止するので所定の弁開度が得られる。

即ち減圧圧力と比例関係にある吸引力を電流によつて変
化させることにより、減圧圧力とスプリングカとの平衡
位置、つまり流量方向制御弁２５におけるスプールの弁
開度を任意に調整できる。このことは電流値に比例した
流量制御ができることを意味するものである。また実施
例の如く、固定鉄芯８と案内筒１０との間に両者と同じ
内外径の非透磁性体１１を介在させて固定鉄芯８と非透
磁性体１１と案内筒１０の三者をロー付にして固着して
電磁弁を密封状に形成すれば、電磁弁を油浸形に形成す
ることができ電磁コイル７より発生する熱を作動油によ
り冷却できるので電磁弁を小形にすることができるもの
である。

（発明の効果） 以上詳述せる如く本発明による時は、電磁コイルへの所
定電流通電時に可動鉄芯を固定鉄芯側へ吸引移動させる
その吸引力を、この可動鉄芯が固定鉄芯の凹所に進入し
た後は電流値に対応１．２て水平方向吸引力がそれぞれ
一定となるように構成したものであるが故に、ある電流
値を通電した時にこの電流値に対応して吸引力と油圧な
どの押圧力とが所定の位置で釣合い、可動鉄芯を所定の
位置にまで吸引移動させた後に該位置で停止させること
が出来るのである。

従つてこの停止により弁体も停止することになるので、
該弁体による弁開度がコントロールでき、之によソー般
的切換動作の外、切換えた流路を直接的に流量制御させ
ることも、また主弁を圧力制御することにより、間接的
に主弁を流量制御させることも出来るのである。

その為電流値の増減を行なうことによつて前記停止位置
を任意に変えることが出来るのである。従つて電流制御
により流路の切換と流量制御とを任意に行なうことが出
来たのである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例てある直流作動式電磁弁の断
面図、第２図は要部拡大断面図、第３図
−ＤｌＷおよび第４図は固定鉄７ｂの一，一を一定
にした Ｄ２ＷときＦを変化させた
ときの吸引カーストローク特性図、第５図は仄，Ｖを一
定にしたとき様を変化 Ｄ２Ｌさせたときの吸引
カーストローク特性図、第６図ＶｗはＬ，Ｗを一定にし
たと］仝を変化させたときの吸引カーストローク特性図
、第７図は電磁コイルの電流値を変化させたときの吸引
カーストローク特性図およびスプリングカーストローク
特性図、第８図は本発明の他の実施例を示す断面図てあ
る。 １・・・・・・ケーシング、１ａ・・・・弁室、２・・
・・・スプール、４・・・・・・スプリング、５・・・
・・・可動鉄芯、７・・・・・・電磁コイル、８・・・
・・・固定鉄芯、９・・・・・・凹所、１８・・・・・
・テーパー部。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ ケーシング１の弁室１ａに内装したスプール２ 一
   端に油圧など押圧力を作用させるとともに、該スプール
   ２を円柱状可動鉄芯５に連動させ、この可動鉄芯５の外
   周に位置する電磁コイル７への通電により、該可動鉄芯
   ５を前記押圧力に抗して可動鉄芯５との対向面に設けた
   固定鉄芯８先端部の凹所９に吸引移動させて、前記スプ
   ール２により流路の切換えを行なわせるべく成した直流
   作動式電磁弁において、前記固定鉄芯８の先端を外周か
   ら内周に向つて先細り状のテーパー部１８に形成し、該
   テーパー部１８先端の半径方向厚さｗとテーパー部１８
   基部の半径方向厚さＷとの比ｗ／Ｗを０〜０．２とし、
   テーパー部１８軸方向の長さｌと凹所９の軸方向の深さ
   Ｌとの比ｌ／Ｌを０．６〜１．０とするとともに、固定
   鉄芯８の凹所９の内側直径Ｄ＿１と固定鉄芯８の外径Ｄ
   ＿２との比Ｄ＿１／Ｄ＿２を０．７５〜０．８５とした
   ことを特徴とする直流作動式電磁弁。